JPH01116617A - 光学フイルタの通過波長帯域制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学フィルタの通過波長帯域を温゛度変化に
よって偏移するよ５に制御する通過波長帯域制御装置に
関するものである。

〔発明の背景と従来技術〕

光源からの光を他の光と区別するためＫ、当該光源の光
軸上−に当該光源の発光光の中心波長を通過帯域に有す
る光学フィルタを設けた装置がある。

ところで、例えば半導体レーザー素子等、半導体発光素
子では、周囲温度の変化によって、その発光光の中心波
長が変化するので上記装置の光源に例えば半導体発光素
子を使用すると、周囲温度の変化により上記半導体発光
素子からの光が上記光学フィルタを通過しな（なる。特
に半導体レーザーを使用する場合には、ンーザー光が単
一スペクトルの光であることの利点を生かす為に、光学
フィルタには狭帯域のフィルタが使用されるため、周囲
温度の小さな変化でも当該光学フィルタを光が通過しな
くなる。

以上のような事態を避けるため、半導体発光素子を光源
に持つ装置では、当該半導体発光素子を恒温槽に入れて
発光光の波長を一定に保つか、もしくは光学フィルタと
して波長可変型のもの（例えば、７アプリベロー型干渉
フイルタ）を用いて当該光学フィルタの通過波長帯域を
半導体発光素子の発光波長の変化に対応させて変化させ
るように制御する方法が採られるのが一般的方法である
が本発明は以上のような方法によらないで、本来は通過
波長帯域を固定として使用される薄膜コーティング光学
干渉フィルタを匣用する方法の場合の通過波長帯域の制
御装置に関係する。

周知のように、薄膜コーティング光学干渉フィルタ（以
下、干渉フィルタという。）は、光の入射角の違いによ
って光の通過波長帯域が異るため、当該干渉フィルタと
光源の光軸との交差角度を可変制御することによって当
該干渉フィルタの光の通過波長を変化させることができ
る。従って、前記半導体発光素子を光源に持つ装置では
、周囲温度の変化に従って光軸と干渉フィルタの交差角
度を変化させれば、半導体発光素子の発光波長の変化に
かかわらず当該干渉フィルタを発光光が通過するように
できる。

従来の干渉フィルタの通過及長帯域制御装置は、干渉フ
ィルタに転動軸を設げて、当該転動軸がモーターによっ
て回転するようにし、また、このモーターの駆動回路、
このモーターの回転角を検出するために当該モーターの
回転軸に結合されたボテフシ１メータ及び制御回路を有
し、現時点の発光光の波長データに基いて上記制御回路
が上記モーター（すなわち、干渉フィルタの転動軸）の
回転角を算出して、上記ポテンシヲメータでの検出角が
上記回転角に一致するまで上記モーターを駆動するよう
な構成になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の干渉フィルタ通過波長帯域制御装置では、温
度変化と半導体発光素子の発光中心波長の関係を周囲温
度変化に基いて演算し、これに基いてモーターを駆動す
るためには複雑な演算を可能とするマイクロコンビーー
タ（所謂ＣＰＵ）を主体とした制御回路を必要とし、ま
た、モータードライブ機構が必要であって装置構成が複
雑かつ高価になる。

また、特に微弱な光を受信する場合（例えばレーザーレ
ーダーに於ける受光部のように空中を伝播中に減衰され
た反射光を受光するような場合）には、センサとして高
感度の受光素子を必要とするが、このような受光素子は
一般に電気的ノイズに敏感であり、当該受光素子の近傍
に電気的ノイズの最大発生源である干渉フィルタの駆動
系を設ける（干渉フィルタは受光素子の受光面直前に設
けられる。）ためには当該駆動系に大掛りなシールド機
構を必要とし、装置が大型化する。

本発明は、以上の問題点を解決すべく提案するーもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の問題点を解決するため、本発明は、干渉フィルタ
に転動軸を設けるとともに、例えばバイメタルや形状記
憶合金等、温度変化によって形状が変化する温度受感体
の一端を固定端とし、他端を移動端として当該温度受感
体の移動端を例えば上記干渉フィルタの転動軸に固定し
た摺動板に当接させることにより当該転動軸に連携させ
、温度変化による上記温度受感体の形状変化を上記転動
軸に伝え、もって上記干渉フィルタを転動させるように
したものである。

〔作用〕

温度受感体の形状の変化量は周囲温度の変化と一定のｉ
係にあり、また、干渉フィルタの光軸に対する角度と通
過波長帯域とは一定の関係にあるので、上記温度受感体
の形状変化により干渉フィルタの転動角な制御すること
により、当該干渉フィルタの通過波長帯域を温度変化に
追従して変化させるようにできる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例の要部の構造を示す斜視図、第
２図は当該実施例の干渉フィルタの転動軸と温度受感体
の連携機構の動作を説明する平面図、第３図は、当該実
施例の温度受感体の固定端側機構の詳細を示す断面図で
ある。

第１図に示す、ように、本発明に係る通過波長帯域制御
装置は、干渉フィルタ１に軸受け（例えばピボット軸受
け、当該軸受けは図示せず）に軸支された転動軸２を取
り付け、摺動板３を上記転動ｓ２にその長手方向が当該
転動＠２０細心（転動の中心）ａと直交する方向に片持
状に固定し、また、温度受感体、例えばバイメタル（以
下、バイメタルを例とする。）４を例えば円弧形状に形
成してその一端４０１を固定端として基台（不変部）５
に固定し、その他端４０２を移動端として上記摺動板３
に当接させである。

上記転動軸２と基台５との間にはコイルスプリング６が
設けてあり、このコイルスプリング６によって転動軸２
は常時矢印すの方向に弾力的に転動付勢されており、上
記バイメタル４の移動端４０２はに記コイルスプリング
６による付勢方向と反対の方向から摺動板３に当接して
いるため、当該バイメタル４の移動端４０２は温度変化
による当該バイメタル４の形状変化があっても、コイル
スプリング６によつて付与されたバックテンションによ
って摺動板３との当接を保っている。

以上の構成によって干渉フィルタ１は転動軸２の軸心ａ
を中心としてバイメタル４の形状変化に追従して転動し
、光軸Ｃ干渉フィルタ１との交差角度θ（この交差角度
θは光＠Ｃと直交する方向との間の角度で表わしである
。）は、バイメタル４の形状変化、すなわち周囲温度の
変化によって変化する。そこでバイメタル４の特性及び
形状（例えば円弧形状の直径寸法等）の選定によって光
源（図示せず）の温度対中心波長特性に干渉フィルタ１
の通過波長帯域対傾斜角度（θ）特性を合致させるよ５
にすれば、光源の周囲温度が変化しても当該光源からの
光が常に干渉フィルタ１を通過するように当該干渉フィ
ルタ１０通過波長帯域（すなわち傾斜角度θ）を制御で
きる。但し、バイメタル４と光源（発光素子）とは同−
環境内にあることが必要である（場所的に異っていても
少くとも同一雰囲気であるようにする。）。

以上の動作を第２図によって更に詳しく説明すると、バ
イメタル４の形状が温度変化により実線の状態（４Ａ）
から−点鎖線の状態（４Ｂ）に変化すると、前記コイル
スプリング６のバックテンションによって摺動板３は転
動軸２を中心として実線の状態（３Ａ）から−点鎖線の
状態（３Ｂ）まで転動する。このときバイメタル４の移
動端４０２は摺動板３の板面を長手方向に沿りて摺動し
ながら移動する。すなわち、バイメタル４と摺動板３と
の接点の軌跡は摺動板３の板面長手方向と変化（この方
向をＸ方向とする０）とこれに直交する方向の変化（こ
の方向をＸ方向とする。）とに分解できる。

いま、バイメタル４の形状が真円の円弧状であり、その
半径がＲであると仮定し、バイメタル４の移動端４０２
を摺動板３に固定した場合（すなわち、移動端４０２の
Ｘ方向への移動はない。）を考えると、当該移動端４０
２のＸ方向への偏位ΔＸは、半径Ｒの真円の円周の一部
分とみなせることにより、当該偏位ΔＸと上記円周との
比率から偏位角Δθ′は と近似できる。

ところで、バイメタル４の移動端４０２は、実際にはＸ
方向へもΔｙだゆ移動する。すなわち、バイメタル４０
円弧の半径も（Ｒ＋Δｙ）に変化する。この偏位Δｙは
半径Ｒに比べて小さいので実際の偏位角Δθは前記（１
）式のＲを（Ｒ＋Δｙ）に置き換えて と近似できることとなる。

ところで、半導体レーザーを光源とした場合、当該半導
体レーザーの波長は、温度変化の狭い範囲内ではリニア
な関係で変化する。一方、干渉フィルタ１の光軸ＣＶｃ
対する交差角度θと通過波長帯域との関係はｃｏｓθの
関数となるので、結局、干渉フィルタ１の上記交差角度
θと温度変化との関係をｃｏｓθの関数に設定すれば、
干渉フィルタ１０通過波長帯域を、温度変化によってリ
ニアに変化する半導体レーザーの中心波長に合せること
ができる。

そこで、上記（２）式に於いて、ＲとΔＸ、Δｙとの比
率をバイメタル４の特性と形状の選択によって適宜に選
定すればｃｏｓθの関数に近似させることができる。す
なわち、バイメタル４の移動端４０２を摺動板３の板面
長手方向に摺動させる機構は上記ＱＯ８θの関数をリニ
ア関数に変換する機構を構成し、これによって干渉フィ
ルタ１の上記交差角度θを半導体レーザーの波長の変化
にトラッキングさせることが可能となる。

また、バイメタル４の固定端４０１側に当該固定端４０
１を半固定的に調整する微調機構を設けると、干渉フィ
ルタ１の通過波長帯域の初期設定作業が容易になる。こ
の微調機構は例えば第３図に示すように構成される。す
なわち、ねじ穴７０１を設けた保持構体７にバイメタル
４の固定端４０１を固定するとともＫ、この保持構体７
を基台５に設けた案内部５０１の内側に摺動可能に嵌入
し、バイメタル４を基台５から離す方向に付勢するコイ
ルスプリング８を介在させて上記基台５と保持構体７と
の間に調整ねじ９を設ける（調整ねじ９は保持構体７の
ねじ大７０１にねじ込まれている。）。この機構に於い
て、調整ねじ９を回すことにより、バイメタル４の固定
端４０１の基台５への固定位置が半固定的に調整でき、
この調整によりバイメタル４の移動端４０２の位置も変
化するので干渉フィルタ１の初期角度を、そのときの光
源の発光波長を中心波長とする通過波長帯域の角度に調
整できることとなる。

以上の実施例では、バイメタル４の形状を円弧状とした
が転動軸２を転動させる形状であれば円弧状であること
にこだわらない。但し、温度と干渉フィルタ１の通過波
長帯域との関係を単純にするためには真円の円弧形状が
最適である。

また、実施例では温度受感体にバイメタルを使用したが
、これに代えて形状記憶合金を用いることもできる。形
状記憶合金を用いる場合には当該形状記憶合金の温度対
形状変化特性がリニアな特性を呈する範囲で使用する。

すなわち、これを言い替えれば予想される温度変化範囲
で上記特性がＩＪ　ニアである形状記憶合金を用いる。

更に実施例は干渉フィルタについ【本発明を実施した例
であるが、光軸との交差角度の変化で通過波長帯域が変
化する特性の光学フィルタであれば、いずれのものに於
いても本発明を実施することが可能である。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明は、バイメタル又
は形状記憶合金のような温度受感体の温度変化による形
状変化により光学フィルタの光軸に対する交差角度を変
化させるようにしたものであり、所謂ＣＰＵを主体とし
た高価で複雑な制御回路、モータードライブ機構等を必
要とせず、また電気的ノイズの発生源を一切使用しない
から、特に微弱な光を扱う装置に於いても上記電気的ノ
イズ発生源のシールド機構を一切必要としない。

また、温度受感体の形状変化を光学フィルタの転動角に
変換する機構部にリニア補正をする機構を採用したこと
により、光学フィルタの通過波長帯域を発光源の光の波
長変化に首尾よくトラッキングさせることができる。

このように本発明は、極めて簡単な機構で、発光光の波
長変化に正確に追従でき、かつノイズに対して強く、し
かも小灘、軽量で安価な光学フィルタの通過波長帯域制
御装置を提供するものであり、極めて顕著なる効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部の構造を示す斜視図、第２図は当
該実施例の動作を説明する平面図、第３図は当該実施例
の温度受感体固定部分の機構を示す断面図である。 １・・・薄膜コーティング光学干渉フィルタ（干渉フィ
ルタ）２・・・転動軸　　　　　３・・・摺動板４・・
・温度受感体（６バイメタル） ４０１・・・固定端　　　４０２・・・移動端。 第１図 ４０１（固定端）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光の入射方向の変化によって当該光の通過波長帯が
   変化する光学フィルタに転動軸を設けるとともに、温度
   変化によって形状が変化する温度受感体の一端を固定端
   とし、他端を移動端として当該温度受感体の移動端を上
   記光学フィルタの転動軸に連携させ、上記温度受感体の
   形状変化により上記光学フィルタを転動させるようにし
   た光学フィルタの通過波長帯域制御装置。 ２　光学フィルタの転動軸に片持状に摺動板を固定する
   とともに当該摺動板を上記転動軸を中心とする一方の回
   転方向に弾力的に付勢し、温度受感体の移動端を上記摺
   動板の面にその反付勢方向から当接した特許請求の範囲
   第１項に記載の光学フィルタの通過波長帯域制御装置。 ３　温度受感体がバイメタルである特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の光学フィルタの通過波長制御装置
   。 ４　温度受感体が形状記憶合金である特許請求の範囲第
   ２項に記載の光学フィルタの通過波長帯域制御装置。